DE2108704A1 - Method and device for determining the profile - Google Patents

Description

PATENTANWALT DIPL-ING.PATENT ADVOCATE DIPL-ING.

HELMUT GÖRTZ 22". Februar 1971HELMUT GÖRTZ 22 ". February 1971

6 Frankfurt «m Main 70 Gzh/Ha. 6 Frankfurt «m Main 70 Gzh / Ha.

SchrMdwnhofsfr. 27- Ul M 707»SchrMdwnhofsfr. 27- Ul M 707 »

Shelton Metrology Laboratory, Inc., Tyler Park, Kentucky, USAShelton Metrology Laboratory, Inc., Tyler Park, Kentucky, USA

Verfahren und Vorrichtung zur Prof A !beat immun .,Process and device for Prof A! Beat immun.,

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur ^ Bestimmung des Profils einer angenähert ,.{-raden Linie durch Benutzen der Rotationsachse eines rotierbnren Körpern al3 Referenzlinie. The invention relates to a method and a device for ^ Determination of the profile of an approximate,. {- straight line by using the axis of rotation of a rotating body as a reference line.

Verschiedene Arten von Werkzeugmaschinen, Meßeinrichtungen und anderen Apparaten verlassen sich in Besug uvf Genauigkeit auf die Lineal 1 tat der Bahn einer Bewegung einen Werkzeuges odtr Werkstückes. Die Genauigkeit ei ι or solchen Bahn oder die Lineari tät einer durch den Schnitt einer Ebene mit einer vorgegebenen Oberfläche dargestellten Linie iat nicht kritisch, wenn te in dem Apparat Maschinenelemente gibt, die gegen die Einführung von Fehlern empfindlicher 3ind, oder wenn die Genauigkeit nicht ^j von großer Wichtigkeit ist. Wenn die Genauigkeit jedoch von höchster Wichtigkeit ist, wie in Präzisionskoordinatenmeßgerättn, ist es äußerst Wünschenwert, durch Messungen der Abweichungen von der Linearität, welche in dem Weg oder der Oberfläche tinea Körpers existieren, ein Profil zu schaffen. Die Kenntnis solcher Abweichungen erlaubt Korrekturen, entweder mathematischer Art oder durch Kompensationsbewegungen der Positionsanzeige- oder Werkzeugeinstellelemente des Apparates.Various types of machine tools, measuring devices and other apparatuses rely on the ruler 1 for the trajectory of a movement of a tool or workpiece for the purpose of accuracy. The accuracy of such a path or the linearity of a line represented by the intersection of a plane with a given surface is not critical if there are machine elements in the apparatus which are more sensitive to the introduction of errors, or if the accuracy is not j is of great importance. However, when accuracy is of the utmost importance, as in precision coordinate measuring machines , it is highly desirable to create a profile by measuring the deviations from linearity that exist in the path or surface of a body. Knowledge of such deviations allows corrections, either of a mathematical nature or by compensating movements of the position indicator or tool setting elements of the apparatus.

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Die Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines höchst genauen Verfahrens und einer Vorrichtung, um das Profil der Bahn oder der Oberfläche eines Korpora f^o taustellen.The object of the invention is to provide a highly accurate method and apparatus for the profile of the web or the surface of a corpora f ^ o.

Die Erfindung benutzt einen ro ti ex baren Refcrenzkörper, bevorzugt eine Welle mit kreisförmigem Querschnitt, verbunden mit einer Einrichtung, um den Al-staü-i zwischen der Rotationsachse des Referenzkörpers und dem Körper, dessen Oberfläche odar Bahn analysiert werden soll, zu messen. Eine Reihe von Messungen werden an verschiedenen Punkten entlang der Rotationsachse des Refarenzkörpers vorgenommen, uin die Auswertung und das Aufsalch- άθώ. der Abweichungen von der wahren Linearität zu ermöglichen, welche die Oberfläche oder die Bahn des su analyaiarsnden Körpers charakterisieren.The invention uses a rotatable reference body, preferably a shaft with circular cross-section, connected to a device to measure the Al-congestion between the axis of rotation of the reference body and the body whose surface or path is to be analyzed. A series of measurements are made at various points along the axis of rotation of the reference body, including the evaluation and the calculation. the deviations from the true linearity which characterize the surface or the path of the body to be analyzed.

Vorteile, Merkmale und Anwendungs.möglichkaiten der Erfindungergeben sich aus der beiliegenden Darstellung von Ausführungsbeispielen ao^is aus dar folgenden Beschreibung. Advantages, features and possible uses of the invention from the attached representation of exemplary embodiments from the following description.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht, die die Anwendung der Erfindung in der Analyse einer Koordinatenmeßeinrichtung demons "friert,Fig. 1 is a perspective view illustrating the practice of the invention in the analysis of a coordinate measuring device demons "freezes,

Pig. 2 eine schematische Draufsicht auf dan in Pig. 1 gezeigten Apparat, die Meßsonden in vier verschiedenen Positionen zeigt,Pig. 2 is a schematic plan view of dan in Pig. 1, the measuring probes in four different positions shows,

Pig. 3, 4 und 5 Sohnittansichten entlang der Linien 3-3, 4-4 und 5-5 in Pig. 2, um das Prinzip der Erfindung au demonstrieren.Pig. 3, 4 and 5 are sonic views along lines 3-3 , 4-4 and 5-5 in Pig. 2, to demonstrate the principle of the invention au.

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Fig* 6 eine andere Ausführung der E#f$&dung undFig * 6 shows another embodiment of the E # f $ & dung and

Pig. 7 ;ihematiaoh dia Anwendung der Prinzipien der Erfindung r..nt eine Werkzeugmaschine.Pig. 7; ihematiaoh dia applying the principles of the invention r..nt a machine tool.

In einen AuafUhrungabeiapiel wird dieae Erfindung benutzt, ua die Jiewogungabahn einea Sondenhalterungswagsna in einer loordinatenneßmaachine zu analysieren, Sin Rafsrenzkörper wird drehbar in Luftlagern gehalten, die mit der Basis dar Maschine feat rerbunden aind. Der Maschinen??agan trägt Meßsonden, die in Bezug aufeinander fixiert sind und diasetral «nigegengaaetzten Teilen des rotierenden Itefarenzkörpera geganüberllagen, der eine Walle mit kraiaföraigaa Querschnitt ist.¹Ia einer noch su beschreibenden Weis· kann mittel» beides Se&den eine Heihe von Ablesungen an verschiedenen Punkten eaalaagder Welle vorgenoaaen werden, um Daten zu erhalten, di«.«in« einfache Auswertung und Aufzeichnung das Profils der Wagenbahn und der Scheitaloberflächencharaktariatik der rotierenden Welle erlauben.The invention is used in an implementation example, including analyzing the Jiewogunga path of a probe holder wagons in a loordinatenneßmaachine, the reference body is rotatably held in air bearings which are linked to the base of the machine. The machine carries measuring probes which are fixed in relation to one another and which are diasetrally opposed to parts of the rotating Itefarenzkörpera, which is a wall with a kraiaföraigaa cross-section. ^In a manner to be described below, a number of readings can be obtained at various points on the shaft in order to obtain data that simply evaluate and record the profile of the carriage path and the surface characteristics of the rotating shaft allow.

Wenn von einer von einem Körper gebildeten Lini· gesprochen wird, drum wird in dieaer Beschreibung darunter ain· Linie veratanden, die entweder von der Oberfläche eines Körpers oder der Linie gebildet wird, die von einea in Besag auf den Körper feststehenden Punkt während einer Translationabe'aegung des Körpers beschrieben wird. In der bevorsugten Atrsiführung der Erfindung ist die zu untersuchende Linie die Bewegung eines Wagens einer Koordinatanmeiieinrichtung länge der X-Achse. Dieae "Linie" kann als Linie betrachtet werden, die von einem Punkt zwischen einem Sondenpaar beschrieben wird, das an dem Wagen angebracht iat. In der «weiten Aua-When speaking of a line formed by a body is, therefore in the description below a line veratanden either from the surface of a body or the line formed by a in Besag on the Body fixed point during a translation movement of the body is described. In the preventive Atrsifführung According to the invention, the line to be examined is the movement of a carriage of a coordinate recording device length the X-axis. The "line" can be viewed as a line described by a point between a pair of probes attached to the car. In the “wide open

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führung liegt die Linie auf der ebenen Oberfläche dee zu unter- ■-suchenden Körpers.guidance, the line lies on the flat surface of the body to be examined.

Aue Fig. 1 iet zu erkennen, daß die Erfindung benutzt wird, üb das Profil der Bahn einer Sondenhalterung 26 in einer Drei-Aohsen-Meßeinrichtung zu erhalten. Diese Meßeinrichtung enthält «int !Tragfläche 8, die normalerweise ein Werkstück trägt, sowie ein· brückenähnliche Anordnung,bestehend aus einem Balken 16 und Beinen 12 und 14, die zusammen in Richtung I-Aohee zu bewegen sind, um eine Sonde in Ausrichtung mit dem Werkstück auf der Tragfläche θ zu bringen. Si· Führungsstang· 18 hält dl· BrÜeke 1o für die Bewegung längs der I-Aohee, und der Betrag dieser Bewegung wird τοη eineyibles einrichtung 2ο angezeigt. Der Wagen 22 ist in Richtung der Y-Achse beweglich auf den Balken 16, und das Maß dieser Bewegung ist an der Ableseeinrichtung 28 zu erkennen. Die Bewegung in Richtung der Z-Aohse der Sonde wird durch eine vertikale Bewegung des Gliedes 26 bewirkt und läßt sich an der Einrichtung 24 ablesen.Aue Fig. 1 iet to recognize that the invention is used, ex to obtain the profile of the path of a probe holder 26 in a three-Aohsen measuring device. This measuring device contains «int ! Wing 8, which normally carries a workpiece, as well as a · bridge-like arrangement, consisting of a beam 16 and Legs 12 and 14 that move together towards I-Aohee to bring a probe into alignment with the workpiece on the airfoil θ. Si · guide rod · 18 holds the bridge 1o for the movement along the I-Aohee, and the amount of this Movement is displayed τοη a single device 2ο. The carriage 22 is movable in the direction of the Y-axis on the beam 16, and the extent of this movement can be seen on the reading device 28. The movement in the direction of the Z axis of the probe will be caused by a vertical movement of the member 26 and can be read on the device 24.

Die Erfindung wird gemäß Pig. 1 dazu benutzt, um das horizontale Profil der I-Aoheen-Bewegung festzustellen, das natürlich jede Messung entlang der T-Achse beeinflußt. Der vorliegende Apparat enthält eine ρräzisionsgeschliffene Welle 3o τοη kreisförmige* Querschnitt, die aa entgegengesetzten Enden τοη hydrostatischen Lagern 32 und 34 getragen wird, dl« Torzugsweise LuXtiager »it porösen zylindrischen Laufflächen sind. Luft aus einer Druokluftquelle wird durch die I«uffläohen radial naoh innen gezwungen, us einen dünnen Luftfilm zu erzeugen, der die gegenüberliegenden Enden-der Welle trägt. Mn Motor 36 dreht die Welle 3® «it «in«? relativ kleinen Winkelgeschwindigkeit, die «twa So TT&d?4feui3gen pro Blaut· betragen kann. Die Welle 3« ist &©The invention is according to Pig. 1 used to represent the horizontal To establish the profile of the I-Aoheen movement, of course, everyone Measurement along the T-axis influenced. The present apparatus contains a precision ground shaft 3o τοη circular * Cross section, the aa opposite ends τοη hydrostatic Bearings 32 and 34 are worn, dl «Torweise LuXtiager» it are porous cylindrical treads. Air from a source of pressurized air is forced radially close to the inside by the inflation to produce a thin film of air which carries the opposite ends of the shaft. Mn motor 36 rotates the shaft 3® «it« in «? relatively small angular velocity, the «twa So TT & d? 4feui3gen per blue can be. Wave 3 «is & ©

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parallel wie möglich zur X-Achse der Maschine ausgerichtet.aligned as parallel as possible to the X-axis of the machine.

Die Luftlager 32 und 34 halten die Welle 3o präzise in der Mitte der Laufflächen, so daß die Welle um eine genau definierte longitidunale Achse A-A rotiert, wie aus Fig. 2 eu ersehen.The air bearings 32 and 34 hold the shaft 3o precisely in the center of the running surfaces, so that the shaft around a precisely defined longitudinal axis A-A rotates, as can be seen from Fig. 2 eu.

Auf diametral gegenüberliegenden Seiten der Welle 3o ist ein Paar nicht berührender Sonden 38 und 4o vorgesehen, das mit- d tels eines Bügels 42 und einer Stange 44 von dem Wagen 26 der Meßapparatur getragen wird. Die Aufnahmeachsen dieser Proben sind horizontal in der Ebene der Achst A-A ausgerichtet. Leitungen führen von den Sonden 38 und 4o zu dem Gehäuse 46, das eine Skala enthält, um eine selektive visuelle Anzeige der von jeder der Sonden 38 und 4o erhaltenen Messungen zu schaffen. Viele der kommerziell erhältlichen nicht berührenden Sonden eignen sich für die Verwendung bei dieser Erfindung. Ein Sondentyp ist das kapazitive elektronische Mikrometer, das von der Lion Research Corporation unter der Modellbezeiohnung 3oo-3 und 3oo~4 verkauft wird. Diese Mikrometer haben eine Auflösung von einem 1o/1 ooo ooo cm (inch). Andere verwendbar· nicht berührende Meßsonden können auf magnetischer, optischer, kapazitiver, pneumatischer oder anderer Wirkungsweise beruhen.On diametrically opposite sides of the shaft 3o a pair of non-contacting probe 38 is provided and 4o, the medium-d means of a bracket 42 and a rod 44 of the measuring apparatus is carried by the carriage 26th The receiving axes of these samples are aligned horizontally in the plane of axis AA. Leads lead from probes 38 and 4o to housing 46 which contains a scale to provide a selective visual indication of the measurements obtained from each of probes 38 and 4o. Many of the commercially available non-contact probes are suitable for use in this invention. One type of probe is the capacitive electronic micrometer sold by Lion Research Corporation under the model names 3oo-3 and 3oo-4. These micrometers have a resolution of 1o / 1,000,000 cm (inch). Other usable non-contacting measuring probes can be based on magnetic, optical, capacitive, pneumatic or other modes of operation.

Der Apparat wird durch eine Bewegung des Wagens 1o entlang der X-Achse zu einer Reihe von Punkten entlang der Achs· A-A betätigt. Pur jeden dieser Punkte liest di· Bedienung den HoOhpunkt (high point) oder Auslauf (runout) der Well· ab, wob·! er eine solche Messung an jedem Meßpunkt von jeder -der beiden Sonden 38 und 4o erhält. Zur Vereinfachung der Erläuterung eind die Ablesungen, die lediglich an drei Punkten ausgeführt wurden, in den Fig. 3, 4 und 5 gezeigt, obwohl natürlich weeentlioh The apparatus is actuated by moving the carriage 10 along the X axis to a series of points along axis AA. For each of these points, the operator reads the high point or runout of the well, where ! he receives such a measurement at each measuring point from each of the two probes 38 and 40. For convenience of explanation eind the readings which were carried out only at three points in Figs. 3, 4 and 5, although, of course weeentlioh

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mehr Messungen auegeführt «erden, Ebenso wie dlt Messung desmore measurements carried out, as well as dlt measurement of the Hochpunktes (high point) kann die Bedienung das ander· Extrem, d.h. den Niedrigpunkt (low point) mit Hilfe der Sonden registrieren, vorausgesetzt er folgt dieser Praxis während der Messung entlang einer vorgegebenen Achse«At the high point, the operation can take the other extreme, i.e. register the low point with the help of the probes, provided he follows this practice during the Measurement along a given axis "

Um die Prinzipien zu illustrieren, dit der Erfindung sugrunde liegen, sind die repräsentativen SröBen, Konfigurationen und Proportionen in den Fig. 2-5 stark übertrieben. Bevorzugt ist die Welle 5o präzisionsgesohliffen, so daS sie im wesentlichenTo illustrate the principles underlying the invention are the representative sizes, configurations and The proportions in Figs. 2-5 are greatly exaggerated. Is preferred the shaft 5o precision soled so that it is essentially

einen einheitlichen Querschnitt über ihrer Länge hat und von auffallenden Oberflächenunregelmäßigkeiten frei ist, so daß die Sonden 38 und 4o sehr nabe an die Well« gebraoht werden können, um das gewünschte hohe Mafi an Auflösung su erhalten«has a uniform cross-section over its length and is free of conspicuous surface irregularities, so that the probes 38 and 40 are brewed very close to the well can to get the desired high mafi of resolution su «

Wenn die Sonden 38 und 4o in der in Fig. 3 dargestellten Lage sind, sind sie extrea nahe bei den Lagern 34, so daß eine weitgehende Übereinstimmung zwischen der Mitte der Welle und der Achse A-A besteht. Dies ist in Fig. 3 gezeigt, wo a_Q und b_Q die Messungen darstellen, die von der Ableseskala 48, welohe mit den Sonden verbunden ist, angezeigt werden. Sie Größen o_Q When the probes 38 and 4o are in the position shown in Fig. 3, they are extrea close to the bearings 34 so that there is a substantial correspondence between the center of the shaft and the axis AA. This is shown in Figure 3 where a _Q and b _{Q represent} the measurements indicated by the reading dial 48 connected to the probes. They sizes o _Q

und d sind die Radien der Welle an diesem Punkt, οand d are the radii of the shaft at this point, ο

In Fig. 4 zeigt der Querschnitt der felle tin« Auobuohtva* bei 5o, die während der Rotation der Wellt um die Aohet A-A der gestriohelten Linie 52 folgt, so dafl die Bedienung, die die Hochpunkte (high spots) auf der Welle abliest, die Messungen der Abstände &_Λ und b₁ erhalten wird. Bor Punkt x," dor laut Definition genau zwischen den beiden Sonden liegt, ist sur linken Seite der Aohse A-A versetzt, bedingt duroheine Abweichung in Richtung der Y-Achse, wenn eich der Wagon 1o ent-In Fig. 4 shows the cross-section of the felle tin "Auobuohtva * at 5o, which follows the striated line 52 during the rotation of the shaft around the aohet AA, so that the operator who reads the high spots on the shaft, which Measurements of the distances & _Λ and b _{1 is} obtained. Bor point x, "which according to the definition lies exactly between the two probes, is offset on the left side of the axis AA, due to a deviation in the direction of the Y-axis when the wagon is 1o.

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lang der X-Achse bewegt. Der Betrag dieser Abweichung ist all Abstand e- gezeigt, der zwischen den Punkt χ/und der Achse A-A liegt. Sie Abstände O₁ und d₁ sind gleich und ιteilen den Radi-us der kreisförmigen Bahn 52 dar, die τοη des Hoohpunkt (high spot) auf der Welle in dieser Ansieht gebildet wird.moved along the X-axis. The amount of this deviation is shown at the distance e- that lies between the point χ / and the axis AA. The distances O ₁ and d ₁ are the same and represent the radius of the circular path 52 which is formed by the high spot on the shaft in this view.

In Fig. 5 sind die Quarschnittsabaessungen der Welle deutlich reduziert, und sie ist gegenüber der Achs· A-A versetzt. An diesem Meßpunkt bewegt sich die felle exzentrisch« to daß J ihr Hochpunkt (hig point) der kreisförmigen Bahn 54 folgt. Die Abstände, die die Bedienung τοη de« Hoahpunkt (hig point) zu den Sonden 38 und 4o BiSt, sind die Abstände a₂ und b₂. In dieser Lage ist die lineare Abweichung des Wagens 1o in Riohtung der Y-Achse, wenn er sieh entlang der I-Aohse bewegt, in Bezug auf/Äie Achse A-A nach reohts gsriohtet, in einem Abstand, der durch e₂ dargestellt wird. Die Abstände C₂ und d₂ sind definitionsgeoäS gleiche Radien des Kreises 54, gemessen τοη der Rotationsachse A-A.In Fig. 5, the cross-sectional dimensions of the shaft are significantly reduced and it is offset from the axis AA. At this measuring point the head moves eccentrically so that its high point follows the circular path 54. The distances that the operator τοη de «high point (hig point) to the probes 38 and 40 BiSt are the distances a ₂ and b ₂ . In this position, the linear deviation of the carriage 1o in the direction of the Y-axis, when it is moved along the I axis, in relation to the axis AA in the direction of the right, at a distance represented by e ₂ . The distances C ₂ and d ₂ are by definition the same radii of the circle 54, measured τοη the axis of rotation AA.

Mit den Daten, die τοη den Sondenablesungen erhalten werden, können Messungen bestimmt werden, die ein Bild der Abweichungen τοη der Linearität in der Bewegungsbahn der Sonden, d.h. ^j den Abständen e^ und eg geben, duroh Anwendung dar folgernden Formel, worin positiTe Werts τοη £ eine Abweichung des Punktes χ naoh rechts bedeuten; .With the data obtained from the probe readings, measurements can be determined which give a picture of the deviations τοη of the linearity in the trajectory of the probes, i.e. ^ j the distances e ^ and eg, using the inferential formula, where positive value τοη £ mean a deviation of the point χ near the right; .

die effektirs Kontor der Welle in Bezug auf eine Hilf·-the effektirs Kontor of the wave in relation to an auxiliary -

4ie duroh Rotation einer Linie,4 the rotation of a line,

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die parallel zur Wellenachae liegt und sich durch den Hochpunkt (high point) auf der Welle an einem ersten Ablesepunkt erstreckt, um die Wellenach.se erzeugt wird, ergibt sich aus der folgenden Formel:which lies parallel to the shaft axis and runs through the high point (high point) extends on the shaft at a first reading point, around the shaft axis is generated, results from of the following formula:

η "η "

worin negative Werte von f eine Reduktion des effektiven Durchmessers der Welle kennzeichnen.where negative values of f are a reduction in the effective Mark the diameter of the shaft.

....... ·.. man diese Formeln auf einen typischen Datensatz gegeben in 1o/1 ooo ooo cm (inch) an, dann lassen sich folgende Charakteristiken der lateralen Bewegung der Sonden und die Konfiguration der Welle in Tabellenform zusammenstellen........ · .. you given these formulas to a typical data set in 1o / 1,000,000 cm (inch), then the following characteristics of the lateral movement of the probes and the Compile the configuration of the shaft in the form of a table.

Profil der Sonden im Hinblick auf die Referenzlinie A-A
(e)Profile of the probes with respect to the reference line AA
(e)

Profil von Hooh-Punkten(high potato) auf d#r Welle in Bezug auf die Referenzlinie A-AProfile of Hooh Points (high potato) on the wave in relation to the reference line A-A

-if)-if)

Fig.Fig. 33 22 22 00 Fig.Fig. 44th 33 11 -1-1 Fig.Fig. 55 11 55 +2+2

-1-1

Die Richtigkeit der oben angegebenen Formeln ist leicht zu beweisen. The correctness of the formulas given above is easy to prove.

Aus Fig. 5 1st beispielsweise zu ersehen, daß · ■From Fig. 5 it can be seen, for example, that · ■

^a2^+c2^+ö2 ⁼ dp+bp-eo» ^a 2 ^{+ c} 2 ^{+ ö} 2 ⁼ dp + bp-eo »

und daß o-, - ^dp»and that o-, - ^d p »

ao daß ao+e„ = b_n-e₀ 109838/1163ao that ao + e "= b _n -e ₀ 109838/1163

und e.and e.

Diese Beziehung ist unabhängig von der Wellengröße oder -form und trifft für jede Messung entlang der Wellt zu. This relationship is independent of the wave size or shape and applies to every measurement along the wave.

Die Kontur der Welle ist durch eine Reihe von Messungen f zu erhalten, dts den Abstand von den Hoohpunkten (high, epote) auf der Welle zum Referenzzylinder darstellt, der mit dem Radius c_Q um die Achse A-A zentriert ist. Für die Ableitung der Formel für die Ermittlung des Abstandee f ist zunächst davon.auszugehen, daß der Abstand zwischen den beiden Sonden immer konstant ist, ao daßThe contour of the shaft can be obtained by a series of measurements f , dts the distance from the high points (high, epote) on the shaft to the reference cylinder, which is centered with the radius c _Q around the axis AA. For the derivation of the formula for the determination of the distance f it must first be assumed that the distance between the two probes is always constant, ao that

und Ca_o-a_n) * (e_o-o_n) + (V^dn^{} + (}W ^{β 0}} laut Definition gilt f -(c_o-c ) und g = (d_o-d_n),and Ca _o -a _n ) * (e _o -o _n ) + (V ^d n ^{} + (} W ^{β 0}} according to the definition, f - (c _o -c) and g = (d _o -d _n ),

so daß (a_o-a_n) + f + g + (D₀-D_n) = 0· Da f gleich g ist, giltso that (a _o -a _n ) + f + g + (D ₀ -D _n ) = 0 · Since f is equal to g, we have

2 f » (a_n-a_n) ₊ (b_n-b₀)2 f »(a _n -a _n ) ₊ (b _n -b ₀ )

undand

Um die Ermittlung zu vereinfachen! hat es eich, ala günstig erwiesen, die Ableseeinrichtung auf 0 mx setzen, wenn dl· Werte für a_Q und b_Q bestimmt werden, so daß dl« Heβsung·» und b_ negativ und positiv werden, wenn si· ansteigen oder abfallen von ihrem ursprünglichen Wert. Daraus ergibt sioh To make the determination easier! it has proven, ala favorable , to set the reading device to 0 mx when dl values for a _Q and b _{Q are} determined so that dl "Heßsung" and b_ become negative and positive when they rise or fall from theirs original value. This gives sioh

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- 1ο -- 1ο -

Mit einer Reihe von Werten von £ ist es möglich, ein Profil der Bahn zu zeichnen, die von den Sonden 38 und 4o während einer X-Achsen-Bewegung des Wagens durchlaufen wird. Dieses Profil •kann zu dem Zweok benutzt werden, die Genauigkeiten der Maschine abzuschät :·,--* ti oder sie kann benutzt werden, um mathematische oder-physikalische Kompensationen während des normalen Betriebes der Maschine durchzuführen. D&b Profil der Wellenabweichung kanii durch Benutzen der Werte von £ aufgezeichnet werden, die in der beschriebenen W-eise zu finden sind. Die Werte entweder von a oder b küimsii üq-t Darstellung solch einer Wellenabwaichung übsr« lagert weröän» um. das Bahnproiil zu erhalten, ohne den -War τ von _e in -iQT "bc^oliriebenen Art bestimmen zn müssen. Diea 1st deshalb der Falls weil Unterschiede in den Werten von f + a oder f + h Ton. eiaem Meßpunkt zum anderen lediglich durch die Unterschiede ir_s -3.en Abständen der keBeinrichtung von der Rotationsachse A-A tediBgt sind.With a series of values of £ it is possible to draw a profile of the trajectory traversed by the probes 38 and 40 during an X-axis movement of the carriage. This profile • can be used for the purpose of estimating the accuracy of the machine: ·, - * ti or it can be used to perform mathematical or physical compensations during normal operation of the machine. D & b Wave deviation profile can be plotted using the values of £ found in the manner described. The values of either a or b küimsii üq-t Representation of such a wave deviation via "rearranged weröän" . zn get the Bahnproiil without the -Was τ of _e in -iQT "bc ^ oliriebenen type determine eiaem measuring point to another simply must. Therefore DIEA 1st the case because differences in values of f + a, or f + h sound through. the differences ir _s -3. the distances of the keB device from the axis of rotation AA are shown.

Wenn dls Mr*g$ der Welle 3o kleiner als die Länge der zu untersuchenden im wesentlichen geraden Linie ist, können eine Reihe von überlappenden Profilen gezeichnet· werden und dann passend zusammengesetzt werden, um das totale Profil der zu analysierenden Linie zu halten.If dls M r * g $ of the wave 30 is less than the length of the substantially straight line to be examined, a series of overlapping profiles can be drawn and then fitted together to hold the total profile of the line to be analyzed.

Eine andere Ausführung der Erfindung ist in Pig. 6 geseigt_s ifo das zu analysierende Profil von einer Linie gebildet wird, di© sich als Schnitt der Fläche 6o mit einer vertikalen Ebene ergibt. In dieser Ausführung tragen zwei Luftlager 62 und 64 eine Welle 66 für die Drehung um eine feste Achse. Ein Motor» schesatisch bei 69 gezeigt, ist für einen Riemen 7o oder einer anderen Antriebsvorrichtung mit der Welle 66 verbunden, um diese in positiver Richtung zu drehen.Another embodiment of the invention is in Pig. 6 sloped _s ifo the profile to be analyzed is formed by a line that results from the intersection of the surface 6o with a vertical plane . In this embodiment, two air bearings 62 and 64 support a shaft 66 for rotation about a fixed axis. A motorized table, shown at 69, is connected to shaft 66 for a belt 70 or other drive device to rotate it in a positive direction.

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Zwischen den Lagern 62 und 64 ist ein drittes Luftlager 68, das längs der Achse der Welle 66 in der durch den Pfeil 71 angezeigten Richtung bewegbar ist, Eine in geringer Entfernung angeordnete Sonde 72n±ßt die Unterschiede des Abatandes au der Oberfläche 6o, wenn die Welle rotiert, -Between the bearings 62 and 64 is a third air bearing 68, the is movable along the axis of the shaft 66 in the direction indicated by the arrow 71, A probe 72n arranged at a short distance ± measures the differences in the distance on the surface 6o when the shaft rotates,

Wie in der bevorzugten Ausführung, erzeugt die Welle 66 In den Lagern 62 und 64 eine feste Referenzlinie, die mit den Mittelpunkten der Lager 62 und 64 übereinstimmt. Das Sondenhaltelager ι 68 reitet auf der Welle und ist konzentrisch alt den Wellenquer- ™ schnitt an jedem Punkt entlang der Welle, Da der Wellenquerschnitt seinen Mittelpunkt nicht immer genau auf der Rotationsachse der Welle 66 hat, wird das Lager 68 sich oft in exzentrischer Weise bewegen in Bezug auf die Rotationsachse der Welle Dies bedingt natürlich Fluktuationen in den von der Sonde 72 aufgenommenen Messungen, wobei air· Differenz zwischen dem Maximum und dem Minimum den doppelten Abstand zwischen dem Mittelpunkt des Lagers 68 und der Rotationsachse der Welle 66 darstellt. Daher ist die halbe D^f^-r-oju.'. zwischen dem höchsten und dem niedrigsten Meßwert, die von der Sonde erhalten werden, eine Anzeige für den Betrag der Exzentrizität} und die halbe Summe dieser Meßwerte ergibt den Wert, der existieren würde, wenn A keine Exzentrizität vorhanden wäre, wobei das Profil der Oberfläche 6o entlang der zu analysierenden Linie widergespiegelt wird.As in the preferred embodiment, the shaft 66 in the bearings 62 and 64 creates a fixed reference line that coincides with the centers of the bearings 62 and 64. The probe holder bearing ι 68 rides on the shaft and is concentric with the shaft cross-section at every point along the shaft. Since the shaft cross-section does not always have its center exactly on the axis of rotation of the shaft 66, the bearing 68 will often move in an eccentric manner with respect to the axis of rotation of the shaft. Hence the half D ^ f ^ -r-oju. '. between the highest and lowest reading obtained from the probe, an indication of the amount of eccentricity} and half the sum of these readings gives the value that would exist if there were no eccentricity A , the profile of the surface 6o is reflected along the line to be analyzed.

Die hier offenbarte Erfindung eignet sioh für eine weit gestreute Anwendung in verschiedenen Ausrüstungstypen, in denen eine genaue relative Positionierung wichtig ist, Zum Beispiel Drehbänke, * Schleifmaschinen, horizontale Bohrfräsen und andere Werkzeugmaschinen können die oben besprochenen Prinzipien anwenden, um die ■The invention disclosed here is suitable for a wide spread Used in various types of equipment where precise relative positioning is important, e.g. lathes, * Grinders, horizontal boring mills, and other machine tools can use the principles discussed above to improve the ■

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ONKSlNAL INSPECTEDONKSlNAL INSPECTED

geeignete Positionierung eines Gliedes sicherzustellen, das entweder ein Werkzeug oder ein Werkstück trägt. Ein Beispiel hierfür stellt Fig. 7 dar, wo schematisch ein Arbeite-Tragewagen 8o gezeigt ist, der in Richtung des Pfeiles 81 in Richtung der Y-Achse auf dem Träger 82 beweglich ist. Der Wagen 8o kann ein Teil einer horizontalen Bohrfräse sein. In einigen Typen von Werkzeugmaschinen kann der Wagen 8o ein Werkzeug anstelle eines Werkstückes tragen. Der Träger 82 bewegt sich auf Lagern (nicht gezeigt), die ihn für eine Bewegung in Richtung der X-Achse führen, wie durch den Pfeil 83 angedeutet. Ein Paar auseinanderliegender Meßsonden 84 und 85 ist fest mit dem Träger 82 verbunden, um entgegengesetzten Seiten einer motorbetriebenen Welle 86 gegenüber zu liegen. Die Welle wird in Luftlagern 94 geführt, die auf der stationären Grundplatte 92 befestigt sind. Die Position des Wagens 8o in Bezug auf den Träger 82 wird in bekannter Weise mittels einer Skala 88 bestimmt, die mit dem Träger 8<? verbunden ist, und mittels eines Anzeigers 9o, der mit dem Wagen 8o verbunden ist. Mit dieser Anordnung ist es möglich, den Wagen 8o genau in Bezug auf die üotationsaohBe A-A der Welle 86 einzustellen. Die Sonden 84 und 85 dienen dazu, die Abweichungen von der Linearität in der Bahn des Trägers 82 zu bestimmen, wenn dieser sich in Richtung der X-Achse bewegt, wobei die Referenzlini· für solche Abweichungen durch die Rotationsachse A-A der Welle 86 genau bestimmt wird.proper positioning of a limb to ensure that carries either a tool or a workpiece. An example of this is shown in FIG. 7 , where a work stretcher carriage 8o is shown schematically, which is movable on the carrier 82 in the direction of the arrow 81 in the direction of the Y-axis. The carriage 8o can be part of a horizontal boring mill. In some types of machine tools, the carriage 8o can carry a tool instead of a workpiece. The carrier 82 moves on bearings (not shown) that guide it for movement in the direction of the X-axis, as indicated by the arrow 83 . A pair of spaced apart probes 84 and 85 are fixedly connected to the bracket 82 to oppose opposite sides of a motorized shaft 86 . The shaft is guided in air bearings 94 which are mounted on the stationary base plate 92. The position of the carriage 8o in relation to the carrier 82 is determined in a known manner by means of a scale 88 which is marked with the carrier 8 <? is connected, and by means of an indicator 9o which is connected to the carriage 8o. With this arrangement it is possible to adjust the carriage 8o precisely with respect to the rotation axis AA of the shaft 86. The probes 84 and 85 serve to determine the deviations from the linearity in the path of the carrier 82 when the latter moves in the direction of the X-axis, the reference line for such deviations being precisely determined by the axis of rotation AA of the shaft 86 will.

Wenn die Bedienung wünscht, den Wagen 8o auf einen bestimmten Abstand von der AchBe A-A einzustellen, kann sie zunächst die Anzeigen der Sonden 84 und 85 benutzen, um den Wert e_ au finden, d.h. den Abstand zwischen der Achse A-A und einem Funkt zwischen den Sonden, wie in Verbindung mit der Ausführung gemäß den Figuren 1 - 5 beschrieben. Dieser Wert,entweder positiv If the operator wishes to set the carriage 8o at a certain distance from the axis AA, they can first use the displays of the probes 84 and 85 to find the value e_au , ie the distance between the axis AA and a point between the probes as described in connection with the embodiment according to figures 1 - described. 5 This value, either positive

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oder negativ, kann dann mit dem gewünschten Abstand, zwischen dem Anzeiger 9ο auf dem Wagen 8o und seiner Linie parallel zur Achse A-A durch die Null-lage auf der Skala 88 kombiniert werden, um die erforderliche Stellung des Anzeigers 9o auf der Skala 88 zu finden, die die geeignete Position des Wägern 8o gewährleistet. Selbstverständlich kann die Ermittlung undor negative, can then with the desired spacing, between the indicator 9ο on the carriage 8o and its line parallel to the axis A-A through the zero position on the scale 88 combined to find the required position of the indicator 9o on the scale 88, which is the appropriate position of the weigher 8o guaranteed. Of course, the determination and

Positionierung mittels elektronischer oder elektromeohaniecher J Einrichtungen erfolgen, um die Bedienung der Maschine von der Last der Kalkulation und der Positionierung des Wagens 8o zu befreien.Positioning by means of electronic or electro-mechanical J Facilities are made to operate the machine from the load of costing and positioning the trolley 8o to free.

Selbstverständlich sind im Rahmen der Erfindung auch andere Modifikationen möglich. So kann z.B. das rotierende Referenaglied von Hand gedreht werden und jede Form und Querschnitte>konfiguration aufweisen, die seine Rotation um eine feste Achse nicht beeinflußt. Die Welle oder andere Referenzglieder können longitudinal .η ihren Lagern so weit bewegt werden, wi« diese Bewegung die Lage der Rotationsachse nicht beeinflußt. Die Meßsonden sind vorzugsweise von dem nicht berührenden Typ, j um zu verhindern, daß die Welle Verbiegungen ausgesetzt wird, ™ wodurch physikalische Kräfte erzeugt werden. Jedooh iat ta ^; möglich, berührende Sonden zu verwenden, wenn der eich d*r«ufl ergebende Verlust an Genauigkeit nicht bedeutet iet.Fail3 niaht hydrostatische Lager benutzt werden, so können ee Gleitlager sein oder es können einfach gegenüberliegende fest« Zentrierungen von dem Typ sein, wie sie in Zylinder-Präzieionssohleifmaschinen benutzt werden und die auf der Rotationsachse dtr Welle oder eines anderen Referenzkörpere liegen. Di« hydro*· etatiechen Lager können irgendeine Flüssigkeit benutzen, «ntweder flüssig oder gasförmig, um den rotierenden per zu tragen.Of course, other modifications are also possible within the scope of the invention. For example, the rotating reference member can be turned by hand and have any shape and cross-section configuration that does not affect its rotation about a fixed axis. The shaft or other reference members can be moved longitudinally in their bearings so far that this movement does not affect the position of the axis of rotation. The probes are preferably of the non-contacting type in order to prevent the shaft from being subjected to bending, which creates physical forces. Jedooh iat ta ^; It is possible to use contact probes if the loss of accuracy resulting from calibration does not mean that hydrostatic bearings are not used, so they can be plain bearings or they can simply be opposing fixed centerings of the type as they are can be used in cylinder-precision soleplate machines and which lie on the axis of rotation dtr shaft or another reference body. The hydrostatic bearings can use any liquid, either liquid or gas, to support the rotating per.

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Claims (19)

Patentansprüche:Patent claims: pparat zur Bestimmung des Profils einer angenähert geraden inie, die von einem vorgegebenen Körper gebildet wird, gekennzeichnet durch einen Referenzkörper, Lager, die den Referenzkörper für die Drehung um eine Rotationsachse un- ' terstützen, die während der Messung eine vorgegebene Orientierung hat, eine Meßsonde, die von dem ersten der besagten Körper getragen wird und relativ zum zweiten Körper in einer im wesentlichen zur Rotationsachse parallelen Bahn beweglich 1st, wobei die Sonde einen Fühlkopf (sensing head) aufweist, der von dem zweiten der besagten Körper gegenüberliegt und dessen Fühlachse quer zur Rotationsachse ausgerichtet ist, wobei die Rotation des Referenzkörpers in seinen lagern Messungen ermöglicht, die sich aufgrund der Rotation verändern, um die Lage der Rotationsachse des Referenzkörpers widerzuspiegeln und die Linearitatscharakteristiken des gegebenen Körpers zu ermitteln.preparation for determining the profile of an approximately straight line line, which is formed by a given body by a reference body, bearing, which un- ' support, which has a predetermined orientation during the measurement, a measuring probe from the first of said Body is supported and relative to the second body in a path substantially parallel to the axis of rotation is movable, the probe having a sensing head facing the second of said bodies and its sensing axis aligned transversely to the axis of rotation is, the rotation of the reference body in its bearings enables measurements that differ due to the Change the rotation to reflect the position of the axis of rotation of the reference body and the linearity characteristics of the given body. 2. Apparat nach Anspruch 1 zur Bestimmung des Profils eines Oberflächenteiles des besagten vorgegebenen Körpers, gekennzeichnet durch ein Sondenlager, das die besagte Sonde von dem Referenzkörper entfernt trägt, und durch einen Sonden-Fühlkopf des nicht berührenden Typs, der nahe der besagten Oberfläche lokalisiert ist.2. Apparatus according to claim 1 for determining the profile of a surface portion of said predetermined body, characterized by a probe bearing, which carries the said probe away from the reference body, and by a probe sensing head of the non-contacting type located near said surface. 3. Apparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Lager hydrostatische Lager sind.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that all Bearings are hydrostatic bearings. 4. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Lager hydrostatische Lager sind.4. Apparatus according to claim 1, characterized in that all bearings are hydrostatic bearings. 109838/1163109838/1163 5. Apparat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde vom nicht berührenden Typ ist.5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the probe is of the non-contacting type. 6. Apparat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet! daß die hydrostatischen Lager Luftlager sind.6. Apparatus according to claim 4, characterized! that the hydrostatic bearings are air bearings. 7. Apparat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftlager poröse zylindrische Laufflächen haben, um den Referenzkörper aufzunehmen.7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the Air bearings have porous cylindrical running surfaces around the Record reference body. 8. Apparat nach Anspruch 1 zur Bestimmung des Profile der relativen Bewegung zwischen den besagten Körpern, daduroh gekennzeichnet, daß die Körper relativ bewegbar in Richtung im wesentlichen parallel zur Rotationaachee Bind und daß die Sonde mit dem besagten Körper verbunden iet.8. Apparatus according to claim 1 for determining the profile of the relative movement between said bodies, characterized in that the bodies are relatively movable in direction essentially parallel to the Rotationaachee Bind and that the probe is connected to said body. 9. Apparat nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch z#ti Meßsonden von dem nicht berührenden Typ, die auf gegenüberliegenden Seiten des Referenzkörpers angeordnet sind.9. Apparatus according to claim 8, characterized by z # ti measuring probes of the non-touching type, those on opposite Sides of the reference body are arranged. 10. Apparat nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Motor, um den Referenzkörper zu drehen.10. Apparatus according to claim 9, characterized by a motor, to rotate the reference body. 11. Apparat nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager hydrostatische Lager sind.11. Apparatus according to claim 9, characterized in that the bearings are hydrostatic bearings. 12. Apparat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrostatischen Lager Luftlager sind.12. Apparatus according to claim 11, characterized in that the hydrostatic bearings are air bearings. 13. Apparat nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftlager poröse zylindrische Laufflächen haben, ua den Referenzkörper aufzunehmen.13. Apparatus according to claim 12, characterized in that the Air bearings have porous cylindrical running surfaces to accommodate the reference body, among other things. 109838/1163109838/1163 14. Apparat nach Anspruch 1 in Kombination mit einer Werkzeugmaschine mit einem Paar von Gliedern, die sich reMiv zueinander bewegen, um die relative Lage zwischen einem Werkstück und einem Werkzeug zu verändern, wobei das besagte Lager an einem der Glieder montiert let, und die Meßsonde an dem anderen der Glieder montiert ist.14. Apparatus according to claim 1 in combination with a machine tool with a pair of limbs that move remiv to each other to determine the relative position between a Workpiece and a tool to change, said bearing let mounted on one of the links, and the Measuring probe is mounted on the other of the links. 15. Apparat nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen Wagen, der auf dem anderen der besagten Glieder senkrecht zur Rotationsachse des Referenzkörpers bewegbar ist, Einrichtungen, iim die Position des Wagens In Bezug auf das andere besagte Glied zu bestimmen, so daß der andere der besagten Körper in Bezug auf die Rotationsachse des Referenzkörpers genau positioniert werden kann, durch Einführung einer Kompensation, dl· sich aus der Meßsonde ergibt, wenn die Lage des Wagens eingestellt wird, im Hinblick auf die Einrichtungen zur Bestimmung der Lage des Wagens.15. Apparatus according to claim 14, characterized by a carriage, which is movable on the other of said members perpendicular to the axis of rotation of the reference body, means, iim the position of the car in relation to that to determine another said member so that the other of said bodies with respect to the axis of rotation of the reference body can be precisely positioned by introducing a compensation resulting from the measuring probe, when the position of the wagon is adjusted, with a view to the means of determining the position of the Car. 16. Verfahren zur Bestimmung des Profils einer nahezu geraden Linie, die von einem vorgegebenen Körper gebildet wird, bestehend aus folgenden Schritten16. Method of determining the profile of a nearly straight line Line formed by a given body, consisting of the following steps a) Halten eines Referenzkörpers für eine Drehbewegung um eine feste Achse, die im wesentlichen parallel zur besagten nahezu geraden Linie liegt,a) holding a reference body for a rotary movement about a fixed axis which is essentially parallel to said is almost a straight line, b) Aufnahme der Veränderungen, die sich aus der besagten Rotationsbewegung ergeben und den Abstand zwischen der Oberfläche des besagten Referenzkörpers und einem Funkt auf der Linie, und Messen wenigstens einer extremen Abstandaveränderung,b) recording the changes resulting from the said Rotational movement result and the distance between the Surface of said reference body and a point on the line, and measuring at least one extreme Change in distance, 109838/1163109838/1163 c) Wiederholen des vorangegangenen Schrittes an einer Reihe von anderen Punkten auf der Linie, um daa Profil der Linie zu bestimmen.c) Repeat the previous step at a number of other points on the line to create the profile to determine the line. 17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (b) die Messung an einem Punkt dee Referenzkörpers auf gegenüberliegenden Seiten des Referenzkörpere beinhaltet an Stellen, die in einer Ebene mit der besagten nahezu geraden Linie liegen.17. The method according to claim 16, characterized in that step (b) includes the measurement at a point of the reference body on opposite sides of the reference body at points which lie in a plane with said almost straight line. 18. Verfahren nach Anspruch 17, gekennzeichnet duroh den Schritt des Aufzeichnens der Werte der halben Differenz zwischen der extremen Abstandeveränderung an jedem Punkt, um eine visuelle Darn teilung des Profile der Linie «u schaffen.18. The method according to claim 17, characterized by the step of recording the values of half the difference between the extreme change in distance at each point in order to create a visual representation of the profile of the line «u. 19. Verfahren nach Anspruch In, gekennzeichnet durch den Schritt, daß eine Einrichtung für die Aufnahme der Veränderungen nach Schritt (b) drehbar auf dem Refereni- J körper angeordnet wird.19. The method according to claim In, characterized by the step that a device for recording the changes after step (b) is rotatably arranged on the reference J body. 109838/1163109838/1163 Leersei teBlank page